Vedci objavili jednoduchý, ale výkonný spôsob ochrany atómov pred stratou informácií - Kľúčovou výzvou pri vývoji spoľahlivých kvantových technológií.
Svietením jediného, starostlivo vyladeného laserového lúča na plyn atómov sa im podarilo udržať vnútorné točenie atómov synchronizovaných, čím sa dramaticky znížilo rýchlosť straty informácií. V kvantových senzoroch a pamäťových systémoch atómy často strácajú svoju magnetickú orientáciu - alebo „spin“ -, keď sa navzájom zrazia alebo steny ich kontajnera.
Tento jav, známy ako relaxačná relaxácia, výrazne obmedzuje výkon a stabilitu takýchto zariadení. Tradičné metódy, ktoré pôsobia proti tomu, že si vyžadovali prevádzku v extrémne nízkych magnetických poliach a používali objemné magnetické tienenie.
Nová metóda tieto obmedzenia úplne obchádza. Namiesto magnetického tienenia systému používa svetlo na jemné posunutie hladín atómovej energie, zarovnanie točení atómov a udržanie ich synchronizácie, aj keď sa pohybujú a zrážajú sa. To vytvára odolnejší stav spin, ktorý je prirodzene chránený pred dekoherenciou.
V laboratórnych experimentoch s teplou parou cézií táto technika znížila rozpad spin o faktor 10 a významne zlepšil magnetickú citlivosť. Tento prielom ukazuje, že jediný lúč svetla môže predĺžiť čas koherencie atómových otočení, otváranie dverí na kompaktnejšie, presnejšie a robustnejšie kvantové senzory, magnetometre a pamäťové zariadenia.
Tím fyzikov z Katedry aplikovanej fyziky a centra nanotechnológií hebrejskej univerzity na univerzite v Cornell University odhalil silnú novú metódu na chránenie atómových točení z environmentálneho „hluku“ {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{“.
Štúdia „Optická ochrana alkaliho - kovových atómov od spinovej relaxácie“, Avraham Berrebi, Mark Dikopoltsev, Prof. Ori Katz (Hebrejská univerzita) a Prof. alebo Katz (Cornell University), bola zverejnenáListy fyzickej kontrolya môže potenciálne revolúciu v poliach, ktoré závisia od magnetického snímania a atómovej koherencie.
Atómy s nepárovými elektrónmi -, ako napríklad v cézií vare -, majú vlastnosť „spin,“ silne interagovať s magnetickými poľami, a preto sa môžu použiť na ultra - citlivé merania magnetických polí, gravitácie a dokonca aj mozgovej aktivity. Ale tieto točenia sú notoricky krehké.
Dokonca aj najmenšie narušenie okolitých atómov alebo stien nádob môže spôsobiť, že stratia svoju orientáciu, čo je proces známy ako relaxácia spinov. Doteraz si ochrana týchto točení pred takýmto rušením vyžadovala zložité nastavenia alebo pracovala iba za veľmi špecifických podmienok. Nová metóda to mení.
Laserové svetlo ako štít
Vedci vyvinuli techniku, ktorá používa jediný, presne vyladený laserový lúč na synchronizáciu precesie atómových otočení v magnetickom poli -, aj keď sa atómy neustále zrážajú medzi sebou a ich okolím.
Predstavte si scenár, v ktorom sú stovky drobných točiacich vrcholov obmedzené v krabici. Interakcie medzi týmito vrcholmi zvyčajne môžu narušiť ich konfigurácie spinov, čo spôsobí, že celý systém vypadne synchronizáciu. Tento účinok sa stáva oveľa dominantnejším vo vysokých magnetických poliach, pretože proces Tops a menia svoju orientáciu oveľa rýchlejšie.
Špecifická metóda však využíva svetlo na udržanie synchronizácie v systéme. Riešením rozdielov v rôznych konfiguráciách spinov svetlo efektívne udržiava všetky vrcholy točenie harmónie, zabraňuje poruchám a umožňuje kooperatívne správanie medzi entitami rotácie, dokonca aj na vysokých magnetických poliach. Tento prístup zdôrazňuje fascinujúcu súhru medzi dynamikou svetla a atómovej rotácie.
Vedci dosiahli deväť - Zlepšenie v tom, ako dlho si atómy cézia zachovali svoju orientáciu na spin. Je pozoruhodné, že táto ochrana funguje, aj keď atómy odrážajú špeciálne anti - relaxáciu - potiahnuté bunkové steny a prežívajú časté interné zrážky.
Skutočný - svetový potenciál
Táto technika by mohla významne vylepšiť zariadenia, ktoré sa spoliehajú na atómové točenia vrátane:
Kvantové senzory a magnetometre používané v lekárskom zobrazovaní, archeológii a prieskume vesmíru
Presné navigačné systémy, ktoré sa nespoliehajú na GPS
Kvantové informačné platformy, kde je stabilita spinov kľúčom k ukladaniu a spracovaniu informácií
Pretože metóda funguje v „teplom“ prostrediach a nevyžaduje extrémne chladenie alebo komplikované ladenie v teréne, mohlo by to byť praktickejšie pre skutočné - svetové aplikácie ako existujúce prístupy.
„Tento prístup otvára novú kapitolu o ochrane kvantových systémov pred hlukom,“ uviedli vedci. „Využitím prirodzeného pohybu atómov a použitím svetla ako stabilizátora si teraz môžeme zachovať koherenciu v širšom rozsahu podmienok ako kedykoľvek predtým.“
Výskum vychádza z desaťročí práce v atómovej fyzike, ale toto jednoduché, elegantné riešenie - pomocou svetla na koordináciu atómov - je skok vpred. V blízkej budúcnosti môže pripraviť cestu pre robustnejšie, presnejšie a prístupnejšie kvantové technológie.
